1、水平定向钻机液压系统培训教材一液压系统概述液压技术是一种利用液体传送动力的技术，其发展历史并不太长，但速度却很快，尤其20世纪80年代以后，液压技术得到了迅速的发展。随着电液比列技术的日益成熟，液压传动成为一种简单、安全、可靠的传动方案，加上相同输出功率下，液压传动装置具有体积小、重量轻、运动惯性小、动态性能好的优点，使得其较早应用到压路机、摊铺级等路面行走机械上。那么，什么是液压系统呢？笼统地讲，液压系统便是由液压元件组成的能实现预定动作、功能的有机整体。一般来说，包含以下四个组成部分。1）动力元件：主要指液压泵，其作用是将机械能转换为液体的压力势能；2）控制元件：包括压力控制阀、流量控制阀
2、和方向控制阀等，以满足执行元件所需的运动方向、速度、转速、力等；3）执行元件：包括液压缸和液压马达等，其作用是将液体的压力势能转换为机械能，输出到工作机构上去；4）辅助元件：包括油箱、管路、管接头、滤清器、散热器及各种控制仪表，主要起到连接、监测、保护液压元件的作用。任何一个液压系统，无论其复杂程度如何，均可分为以上几个部分。另外，液压系统按照液流循环方式不同，可分为开式系统和闭式系统，详见下图。图2.6-1 开式系统 图2.6-2 闭式系统图2.6-1是典型的开式系统，液流方向为：油箱液压泵换向阀油缸换向阀油箱。图2.6-2是理想状态的闭式系统，液流方向为：液压泵液压马达液压泵。油液仅在泵马
3、达之间循环，形成一个O型闭环，所以称为闭式系统。但在实际中，因为液压系统中不可避免有泄漏油现象，加上油液在封闭容腔内长期循环所造成的系统发热、油液变质等问题难以解决，所以图2.6.1-2中的理想系统是不存在的。实际应用的闭式系统往往增加了补油泵、冲洗阀、压力阀等其它元件，以使闭式系统更好的工作。所以，实际应用中的闭式系统通常是如图2.6-3中改进后的形式的。图2.6-3 闭式系统下图是一个实际中的闭式系统液压管路，基本包含了闭式系统所需的所有液压元件。 （图2.6-4）图 2.6-4 闭式系统回路1.泵 2.马达 3.油箱 4.开关阀 5.滤油器 6.吸油管 7.壳体回油管 8.高压管9.冷却
4、器（散热器） 10.冷却器旁通阀 11.冷却器回油管 12.加油口盖（空气滤清器）接下来我们详细介绍一下各主要元件在系统中的作用。1. 泵 ：作用是将发动机的动力转化成一定流量的压力油，以推动马达旋转。它是系统中的动力元件。2.马达：作用是将泵供给的压力油转化为机械能，以推动输出轴旋转，进而推动机械机构工作。它是系统中的负载，是执行元件。3.油箱：主要作用是储存一定量的液压油，并有散热的作用。是辅助元件。4.开关阀：多为球阀，作用是防止管路拆开时油箱液压油流出，有时不装。5.滤油器：作用是滤除油液中的固体颗粒，保护液压系统。是辅助元件。6.冷却器：起散热作用，是辅助元件。7.冷却器旁通阀：避免
5、回油压力过高，起一定的保护作用。壳体回油压力过高常常导致油封损坏，特别是温度低，油液粘稠时。8.加油口盖：一般为空气滤清器。加油时可以对油液进行粗过滤，工作时保证空气进出自如，并能防止灰尘进入。 （由于油箱内有一定的空气，开机后油液、空气温度上升时空气会向外排，停机后油液、空气温度下降时空气会往里进）9.油管：连接各液压元件。是辅助元件。如果一台机器上有多套闭式系统的话，那么并非每套闭式系统都有一套以上的元件，件 3.9.10.11.12往往是共用的。大家也许会问，难道闭式系统没有控制元件吗？其实不然，闭式系统的控制元件一般都集成到泵上面去了，通过电液比例控制，改变泵的排量来控制执行元件马达，
6、另外泵上还集成了许多螺纹式插装阀（如图 2.6-5） ，包括泵上的主溢流阀（成对） 、补油溢流阀等，来控制系统的压力；而且马达也可以变量，并且还集成了冲洗阀等。闭式系统的主泵上通常还会在通轴后附设一小排量齿轮（或内齿轮）补油泵，那么补油泵的作用是什么呢？要了解补油泵的作用，首先需要知道补油 图 2.6-5 插装阀泵存在的必要性。众所周知，液压传动存在一定的泄漏。假如闭式回路如图 2.6-3 左图所示，那么主油路中的油液就会越来越少，液压油不能充满整个管路，就不能建立起压力。所以，必须及时补充系统的泄漏，如图 2.6-3右图所示。 还有很多理由需要补油泵，如变量控制比例电磁铁的力是远远不能推动泵
7、斜盘变量的，必须经过由电到液的放大，这就是电液比例阀。主溢流阀起安全作用，防止系统压力过高。只有系统压力过高才打开。作用相当于电气系统中的保险管，但不是串联在油路中。补油溢流阀的作用是保持补油压力恒定。此阀与主溢流阀不同，正常情况下处于打开状态。作用相当于电气系统中的稳压管。马达上的冲洗阀起冲洗作用，下面，我们再来了解一下马达冲洗阀存在的必要性。图 2.6-6 是冲洗阀及其液压符号。由于液压油在封闭的管路中循环，不断地被压缩、释放、撞击，产生了大量的热量，这些热量如果不被带走，将带来一系列问题。另外，元件的磨损也会导致液压油越来越脏。为此，必须让封闭的管路中的一部分热、脏的油流出，并由补油泵补
8、进新鲜的油液。由此可见，闭式系统并非完全封闭。图2.6-6 冲洗阀及其液压符号闭式系统在工程机械上的应用十分普遍，请大家务必掌握。下面再给大家介绍一下液压系统的几个基本参数和概念。绝对压力、表压力及真空度1、 在油箱与大气相通的条件下,给自吸泵吸油口提供油流的动力是大气压力. 泵的吸油能力是有限度的,一般泵进油口处要求的绝对压力略低于大气压:如0.7bar; 在1bar的大气压条件下,只有0.3bar可用于克服油位差(吸油口到油箱液面)、油在管路中流动所需的压差；吸油油滤所需的压差。所以我们应该尽一切努力为泵吸油创造条件根据度量方法的不同有所谓的表压力又称相对压力（gauge pressure
9、）和绝对压力（absolute pressure）之分。以当地大气压力(atomosphere)为基准所表示的压力称为表压力。以绝对零压力作为基准所表示的压力称为绝对压力。如液体中某点处的绝对压力小于大气压力，这时该点的绝对压力比大气压力小的那部分压力值，称为真空度。所以真空度=大气压力-绝对压力2、泵马达的基本参数是排量，是指泵、马达每转一圈所排出或需要的油量，单位一般为毫升/圈（ml/r） 。它是泵、马达的最基本的参数,一般从泵、马达的型号中就可看出。根据它可以大致衡量泵、马达的大小。液压系统的两个基本参数，流量和压力。流量的单位一般用升/分（L/min）,指单位时间内通过液体的体积；压力
10、单位换算关系 及 相对应的作用力大小 压力 作用力/cm 2 作用力/m 2 1Pa=N/m2 0.0001N 1N1bar=105Pa1bar=1公斤 10N/1Kgf 10 5N/10T 1Mpa=10bar=145 Psi 100N/10Kgf 106N/100T3）电磁换向阀：定向钻上应用的，一般是两位四通和三位四通 6 通径电磁阀，机能有 O 型、Y 型、H型、M 型等（机能符号见图 2.6-8） ，内部结构图见图 2.6-9。图2.6-8 阀机能图图2.6-8 阀机能图1.阀体 2.电磁铁 3.阀芯 4.复位弹簧 5.推杆 6.应急操作 定向钻机上应用的一般都是滑阀式湿式电磁换向阀
11、，当电磁铁（2）通电，其作用力经由推杆（5）作用于阀芯（3）上，推动它由静止位至终端位。这样，压力油从 P 至 A 和从 B 至 T，或者从 P 至 B 和从 A至 T 导通。电磁铁（2）断电后，由复位弹簧（4）将阀芯（3）推回中位。在断电情况下，可采用应急操作（6）控制阀芯换向。注意：在通电情况下，严禁摇动接线插头，否则有可能烧坏线圈。4、常用元件液压符号二、定向钻机液压系统定向钻机液压系统一般包括以下几个子系统：行走液压系统、回转液压系统、推拉液压系统和虎钳液压系统以及辅助液压系统等。三、定向钻机常见液压故障及排除方法液压系统常见故障及排除序号 故障现象 原因分析 排除方法 备注旋转泵损坏
12、 更换泵 严重旋转操作阀安全阀损坏（32 吨及以下吨位）溢流阀调到正确压力值或将其更换 一般旋转压力不足马达损坏 更换马达 严重操作阀阀芯卡死（32 吨及以下吨位） 更换操作阀 重要旋转泵先导电磁阀卡死或未得电（50 吨及以上吨位） 清洗或更换/检查电路 重要动力头无正转或无反转旋转泵伺服缸卡死（50 吨及以上吨位） 更换泵或由专业厂家进行修复 严重串并联阀卡死（32 吨及以下吨位） 清洗或更换 重要1 旋转系统动力头旋转无高速 高速电磁阀没有正常得电或阀芯卡死（50 吨及以上吨位） 检查电路/清洗或更换电磁阀 一般推拉泵损坏 更换泵 严重推拉操作阀安全损坏（32 吨及以下吨位）溢流阀调到正确
13、压力值或将其更换 一般钻进压力不足推拉阀电模块损坏或没得电（50吨及以上吨位） 检查电路/清洗或更换电模块 重要操作阀阀芯卡死（32 吨及以下吨位） 更换操作阀 重要无钻进或无后退动作 推拉阀电模块损坏或没得电（50吨及以上吨位） 检查电路/清洗或更换电模块 重要推拉加速电磁阀卡死或未得电（32吨及以下吨位） 清洗或更换电磁阀/检查电路 一般2 钻进系统钻进无高速 推拉马达高速阀未得电或阀芯卡死（50 吨及以上吨位） 清洗或更换电磁阀/检查电路 一般泵损坏 更换泵 严重支腿操作阀安全阀损坏 溢流阀调到正确压力值或将其更换 一般虎钳无压力或无动作虎钳卸荷阀损坏 清洗或更换 一般虎钳单一动作无压力
14、对应电磁阀损坏/电磁阀未得电/虎钳油缸内泄漏清洗或更换电磁阀/检查电路/更换油封或油缸 一般3 虎钳系统虎牙不对中 分流阀损坏/油缸内漏 更换分流阀/更换油管密封或油缸 重要行走操作阀安全阀损坏（32 吨及以下）溢流阀调到正确压力值或将其更换 一般4 行走系统 行走不动作或行走缓慢行走泵泄露大 更换泵 严重行走阀先导点模块卡死或未得电（50 吨及以上） 检查电路/清洗或更换电模块 重要打开马达制动油路卡死 清洗油路 重要液压马达故障 马达内泄漏严重，更换 严重行走明显不同步 行走减速机故障 壳体发热，更换减速机 严重油缸无动作或动作缓慢 油缸油封损坏(外侧漏油) 更换油缸密封 重要对应溢流阀损
15、坏 溢流阀调到正确压力值或将其更换 一般压力不足对应泵损坏 更换泵 严重5 变幅系统自动伸缩 液压锁卡死 清洗或更换 一般油缸无动作或动作缓慢 油缸油封损坏(外侧漏油) 更换油缸密封 重要对应溢流阀损坏 溢流阀调到正确压力值或将其更换 一般6锚固系统 压力不足对应泵损坏 更换泵 严重泵损坏 更换泵 严重支腿操作阀安全阀损坏 溢流阀调到正确压力值或将其更换 一般无压力或无动作卸荷阀损坏 清洗或更换 一般7自动装杆系统单一动作无压力对应电磁阀损坏/电磁阀未得电/油缸内泄漏清洗或更换电磁阀/检查电路/更换油封或油缸 一般马达损坏 马达内泄漏严重，更换 严重泥浆马达压力不足泥浆电磁阀卡死/未得电 清洗
16、或更换电磁阀/检查电路 重要8 泥浆系统泥浆压力不足或流量小 泥浆电磁阀未完全吸合到位 清洗或更换电磁阀 一般液压油散热器表面积存污垢 清洗液压油散热器 一般散热器齿轮泵或齿轮马达损坏 泵或马达有异响，泄露，风散转速明显不够，及时更换 严重9 液压油温升过快或过高溢流阀开启过于频繁 钻进或旋转压力过大，载荷过大应改变钻进速度 一般注:1. 以上内容只是对一些常见的问题在实践所总结出来的基本经验和解决方法,故障的产生原因或排除方法可能不在其内,要根据实际灵活掌握。2. 只有经过专业培训人员才能进行液压系统的检修。3. 液压故障的解决大多是一个排查的过程,从最简单基本的方法开始,不可盲目行动。4. 定向钻机的故障形式非常之多，不能在此一一述及，关键是善于总结。如能掌握有效的故障分析方法，结合液压定向钻机的结构特点，对故障进行分类处理。那么在故障的判断处理中就可收到事半功倍的效果。
